JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN

1. PRINSIP KPP FLUIDA JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PANGAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN UNIVERSITAS PADJADJARAN Rabu, 4 Nopember 2009 Oleh : SitiNurhasanah

2. Fluida : • Terdeformasisecaraberkesinambunganapabiladiberitegangangeser • Zat yang dapatmengalirdanmemilikibentuksepertiwadah yang menampungnya • Karakteristikfluidabahanpangan sangatpentingdalam pengolahan dan transport bahanpangan serta dalam memilih/pendisainan peralatannya. Pendahuluan Besaranpentinguntukmendeskripsikanfluida : Densitas Tekanan

3. Sifat aliran fluida sangat tergantung pada karakteristik fisiknya : • Densitas • Viskositas • Indeksflow behaviour (n) • Indekskonsistensi (K)

4. Viskositas • Fluida dapat mengalir karena adanya gaya dorong (beda tekanan) • Viskositas adalahsuatuukurantahananalirfluida karenaadanya gaya (stress) • Viskositasmerupakangayagesekanantaramolekul-molekul yang menyusunsuatu. • zatcair, viskositasdisebabkankarenaadanyagayakohesi (gayatarikmenarikantaramolekulsejenis). • zat gas, viskositasdisebabkanolehtumbukanantaramolekul.

5. Tingkat kekentalansuatufluidajugabergantungpadasuhu. Semakintinggisuhuzatcair, semakinkurangkentalzatcairtersebut. • Alatukur Viskosimeter • ViskosimeterTabungatauKapiler • Rotational Viskosimeter • PrinsipperhitungannyaberdasarkanPersamaanPoiseuilleuntukfluidaNewtonian A capillary viscometer is an instrument used to measure the viscosity, or thickness, of a liquid by measuring how long it takes the liquid to flow through a small-diameter tube, or capillary

6. Falling ball Viskometer : Digunakanuntukmengukurviskositassuatucairandenganvariasisuhu yang dapatdiatur. Dilengkapiberbagaiukuran bola ujiviskositas/kekentalan.

9. For a falling ball viscometer, the viscosity is calculated by the simple formula:                 m    =   K  ( rt - r ) twhere,     m    =   viscosity in centipoises (cp)rt   =   density of ball (g/mL)                            2.53 for the glass                            8.02 for stainless steel                            16.6 for tantalum                r    =   density of liquid (g/mL)                t     =   time of descent (minutes)                K    =  viscometer constant Contohsoal : Suatufluidaditempatkanpadapiknometer 5 ml, setelahditimbangternyatamassanya 15 g (massapiknometer 7 g). Viskositasfluidatersebutakanditentukan/ diukurdenganmenggunakan falling ball viscometer denganmenggunakan bola stainless steel. jikawaktu yang diperlukan bola tersebutuntukbergeraksepanjangpipakapiler 350 detik, tentukanviskositasfluidatersebutjikadiketahui K = 5

10. Satuan : SistemInternasional (SI)  Ns/m2 = Pa.s (pascalsekon). SatuanCGS (centimeter gram sekon)  dyn.s/cm2 = poise (P). Viskositasjugaseringdinyatakandalamsentipoise (cP). 1 cP = 1/100 P. Satuan poise  Jean Louis Marie Poiseuille 1 poise = 1 dyn . s/cm2 = 10-1 N.s/m2

11. Fluida yang mengalir dalam suatu pipa dgn jari-jari R : • Terdapat beda tekanan (P1-P2) • Kecepatan maksimum terjadi di pusat pipa dan kecepatan = 0 terjadi di bagian dinding pipa. • Terdapat gradien kecepatan dV pada jarak dr Lapisan fluida yang berada tengah-tengah bergerak lebih cepat, fluida yang nempel dengan pipa tidak bergerak alias diam (v = 0). Setiap bagian fluida tersebut bergerak dengan laju yang berbeda-beda

12. Fluida yang mengalir dalam suatu pipa dgn jari-jari R : • Gradien tekanan  shear stress (t) yaitu perbedaan gaya arah radial : (1) • Gradien kecepatan  shear rate (g) yaitu perbedaan kecepatan alir antara kecept pada jarak r dgn kecepatan pada jarak r+dr. (2) • Perbedaan kecepatan tsb karena molekul2fluida pada jarak r slipdenganmolekul2pada jarak r+dr [beda jarak : (r+dr) – r = dr] • Besarnya slip atau tahanan tsb disebut dengan viskositas (m) sehingga hubungan shear stress dgn shear rate : (3)

13. Hubungan Shear Stress dgn Shear Rate: Ada yang linear & ada yang tidak linear Fluida yang mematuhi Hukum Viskositas Newton disebut fluida Newtonian τ = µ (- dV ) dy τ= tegangan geser/shear stress µ= viskositas fluida dV/dy = Laju geser, laju regangan/strain atau gradien kecepatan Seluruh gas dan kebanyakan zat cair yang mempunyai rumus molekul yang lebih sederhana dan berat molekul yang rendah seperti: air dan sebagian besar larutan dengan molekul sederhana merupakan fluida Newtonian.

14. Fluida yang menyimpang dari Hukum Viskositas Newton disebut fluida Non-Newtonian. Persamaan Power Law Model: τ = K (Y)n Persamaan Herschel-Bulkley: τ = τo + K (Y)n τo= Yield Stress K = Consistency Index n = Flow behaviour index Fluida tersebut umumnya merupakan campuran kompleks, seperti: slurries, pasta, gels, larutan polymer, dsb.

15. Tidak linear  fluida pseudoplastik & dilatant (5) • Bingham : (6) • K = indeks konsistensi dan n = indeks flow behavior • Pers umum : • Untuk Newtonian n = 1; pseudoplastik n < 1 dan dilatant n > 1, sedangkan to biasanya sangat kecil (7) • Viskositas : (8)

16. Bingham atau Plastic: Resisten terhadap tegangan geser yang kecil namun akan mengalir dengan mudah bila diberikan tegangan geser awal (τo ) yang lebih besar, contoh: Odol, Jeli Pseudoplastic: Kebanyakan fluida non-Newtonian masuk ke dalam katagori ini. Viskositasnya menurun dengan meningkatnya velocity gradient, contoh: larutan polymer, darah. Pseudoplastic fluids disebut juga sebagai Shear thinning fluids, dimana pada tegangan geser (dV/dy) yang rendah fluida ini lebih kental dibandingkan fluida Newtonian, dan pada tegangan geser yang tinggi akan berkurang viskositasnya.

17. Karena t = m g  m =t/g dan m= K g n-1 • Maka untuk menyatakan viskositas sebagai rasio t/g, viskositas tsb disebut dengan viskositas apparent (mapp) • mapp =t/g (9) • Rasio viskositas dgn densitas (m/r) disebut dengan viskositas kinematik karena nilai viskositas akan berbeda jika suhu fluida berbeda dan suhu mempengaruhi nilai r. • m kin =m/r (10) • Satuan SI : m dan mapp Pa.s • n  tidak bersatuan • K  tergantung pada nilai n yaitu Pa.Sn

19. dr R V  L dA

20. PersamaanPoiseuille • Pers umum : dimana r R P1 P2 dan L Sehingga : dr Integrasinya :

21. Pada r=R  V=0 sehingga nilai (11) • V adalah kecepatan alir fluida pada jarak r dari pusat pipa  sulit dilakukan pengukurannya • Tetapi kecepatan rata-rata () lebih mudah dilakukan pengukurannya dengan terlebih dahulu mengukur laju volumetriknya (Q) kemudian dibagi dengan luas penampang pipa   = Q/A • dQ adalah kecepatan volumetrik pada pada batas r sd (r+dr) atau sama dengan kecepatan rata-rata () pada luas cincin dA

22. dQ =  dA • Dimana dA = [(r+dr)2-r2] • =[( r2+ 2r dr +(dr)2-r2] • =2r dr + (dr)2 • =2r dr • karena(dr)2sangat kecil • Dengan demikian dA =  2rdr (12) (13) Selanjutnya mencari persamaan  dengan mengintegrasikan dQ :

23. (14)

24. Untuk menentukan shear rate(-dV/dr) dilakukan dengan menurunkan persamaan V terhadap r dimana V adalah fungsi dari  V diturunkan thd r  dV/dr

25. shear rate pada dinding pipa Dapat diukur melalui pengukuran kecepatan rata-rata fluida pada pipa yang berjari-jari R dgn terlebih dahulu diketahui nilai n (15) W = wall (dinding pipa)  r diganti dengan R